Технологій технічного обслуго-вування та ремонту генераторів електричної енергії на прикладі автомобіля ВАЗ 21083

Під час обертання ротора положення його зубців щодо зубців статора змінюється, і потік, який протікає через зубець статора, періодично змінюється від максимального значення (коли всі зубці збігаються) до мінімального (коли вісь зубця статора збігається з віссю паза ротора). Зміна магнітного потоку в зубцях статора спричиняє появу ЕРС в обмотці якоря.

Зміна магнітного потоку в повітряному зазорі на зовнішній частині ротора зображена на рис. 1.3, б. Функція Ф =f(x) має властивості симетрії відносно осей координат. Тому при розкладі її у ряд Фур'є матимемо лише постійну складову та непарні косинусоїди:

Ф = Фо + Ф1cos x + Ф3cos 3x + Ф5cos 5x + …

Якщо знехтувати високими гармонічними складовими, то матимемо такий вираз:

Ф = Фо + Ф1 cos х,

 де Фо = 0,5 (Фmах + Фmіn) - постійна складова магнітного потоку; Ф = 0,5 (Фmах - Фmіn) - амплітуда першої гармоніки.

У цьому випадку поле першої гармоніки під пазом ротора має один знак, а під зубцем ротора — протилежний. Отже, зубець та паз ротора для потоку першої гармоніки можна розглядати, як полюси різнойменної полярності.

Кількість пар полюсів у розглянутому випадку дорівнює кількості зубців ротора, тобто р = Z2. При обертанні ротора з кутовою швидкістю = 2 f (х = t) зміну потоку в зазорі можна подати у вигляді формули:

Ф = Фо + Ф1 cos

t .

Зміна магнітного потоку в зубцях статора спричиняє індукування в котушці статора, яка розміщена на зубці, ЕРС:

ек =

WкФ1sіn t,

де Wк – кількість витків у катушці.

Миттєве значення ЕРС у фазі обмотки якоря:

е1 = Еmsіn

t,

де Еm = WкZsФ1 - амплітудне значення ЕРС; Zs — число послідовно ввімкнених котушок фази.

Дійсне значення ЕРС фази з урахуванням реальної форми магнітного потоку в зазорі можна виразити за формулою:

Е1 = 2,22

WkZk (Фmах - Фmіn).

Так, при обертанні ротора у витках котушки статора індукується зміна ЕРС із частотою, пропорційною частоті обертання ротора.

В індукторних генераторах обмотка збудження нерухома, тобто вона не потребує рухомих контактів. Отже, індукторні генератори безконтактні.

1.4.   Конструктивне виконання генератора змінного струму

Типовий генератор змінного струму з електромагнітним збудженням моделі 37.3701 установлено на автомобілях Волзького автомобільного заводу ВАЗ-21083, ВАЗ-21093 та інших перспективних моделях (рис. 1.4) [11]. Номінальна напруга — 14 В, потужність — 750 Вт, номінальний струм — 55 А, термін служби — 125 тис. км пробігу автомобіля.

Генератор складається зі статора 21, ротора 8, кришки з боку контактних кілець 7, випрямного блока 2 і шківа з вентилятором 75. Пакет статора зібрано з пластин електротехнічної сталі, завтовшки 1 мм, з'єднаних зварюванням у чотирьох точках. Трифазну обмотку статора 22 розміщено в пазах напівзакритої форми. Обмотка трипло-щинна, двошарова; фазові обмотки з'єднано подвійною зіркою. Кількість витків у фазі становить 54, діаметр проводу фази — 1,0 мм, опір фази в холодному стані — 0,155 Ом.

Ротор містить вал 8, обмотку збудження 20, дзьобоподібні полюси 16 і 23 та контактні кільця 5. Обмотку збудження ізольовано від полюсів пластмасовим каркасом, а її кінці припаяно до контактних кілець і виведено на затискач 77. Щоб запобігти прокручуванню й міжвитковому замиканню, обмотку слід просочити лаком, а зібраний ротор для зниження вібрації треба збалансувати у двох площинах. Динамічний дисбаланс у кожній площині не перевищує 4 г • см. Обмотка у холодному стані має опір 2,6 Ом.

У кришках генератора 7 і 19, що вилиті з алюмінієвого сплаву, розміщено кулькові підшипники 6 і 18, а для запобігання прокручуванню зовнішньої обойми кулькового підшипника в рівчаку кришки з боку контактних кілець поставлено гумове кільце. Кришки мають вентиляційне вікно. З боку приводу кришку обладнано сталевою шпилькою 14 кріплення зовнішньої планки генератора й армованою сталевою втулкою 25 у кріпильній лапі генератора.

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.4. Схема генератора 37.3701:

1 — кришка з боку контактних кілець; 2 — випрямний блок; 3, 4 — вентиль і гвинт кріплення відповідно; 5 — контактне кільце; 6 — задній кульковий підшипник; 7 — конденсатор; 8 — вал ротора; 9, 10 — виводи «ЗО» і «61» генератора; 11 — вивід «В» регулятора напруги; 12 —регулятор напруги; 13 — щітка; 14 — шпилька кріплення генератора до натяжної планки; 15 — шків із вентилятором; 16, 23 — полюсні наконечники ротора; 17 — дистанційна втулка; 18 — передній кульковий підшипник; 19 — кришка з боку приводу; 20, 22 — обмотки ротора і статора відповідно; 21 — статор; 24, 26 — буферна і підтискна втулки відповідно; 25 — втулка

 

У кріпильній лапі генератора з боку контактних кілець розміщено армовану втулку 26, яка запобігає утворенню осьового зазору під час закріплення генератора на двигуні. На кришці з боку контактних кілець розміщено щіткотримач із двома щітками 13, конструктивно з'єднаний з інтегральним регулятором напруги 12, випрямний блок 2 із трьома додатковими діодами для живлення обмотки збудження та забезпечення контролю за роботою генератора й заряджанням акумуляторної батареї, шумоприглушувальний конденсатор  7 ємністю 2,2 мкФ.

Протяжну вентиляцію генератора забезпечує відцентровий вентилятор 15, закріплений на валу ротора за допомогою сегментної шпонки.

 

1.5.    Експлуатація генераторів та їхні основні несправності

Генератори змінного струму призначені для роботи тільки в схемі електро-обладнання автомобіля з приєднанням мінусового полюса акумуляторної батареї на масу. Заборонено роботу генератора, коли розімкнений вимикач маси, тобто коли вимкнена акумуляторна батарея [12].

Якщо генератор працює без акумуляторної батареї, то в момент вимикання споживачів на його виході виникають перенапруги через велику індуктивність обмотки збудження генератора. Ці перенапруги небезпечні для випрямного блока генератора, а також для регулювального транзистора регулятора напруги.

Заборонено тривалу роботу генератора з вимкненим проводом від його плюсового виводу, оскільки це призводить до великого розряджання акумуляторної батареї. У цьому разі через обмотку збудження протікає максимальний струм, а напруга не регулюється, тобто зі збільшенням частоти обертання генератора напруга на його вихідному затискачі «+» значно збільшуватиметься. Цей режим призводитиме до відмови силового транзистора регулятора напруги, оскільки він працюватиме в лінійній зоні, а потужність, яка розсіюється на ньому, перевищуватиме припустиме значення.

Коли помилково ввімкнути акумуляторну батарею зі зворотною полярністю («+» на масу), то р-п переходи вентилів випрямного блока ввімкнуться в прямому напрямку. Опір вентилів у прямому напрямку становлять частки ома, і струм, який протікає через них, досягає великої сили: перегріваються проводи, руйнується ізоляція обмотки статора, пробиваються р-п переходи й повністю розряджається акумуляторна батарея, генератор виходить із ладу.

Потрібно слідкувати за технічним станом контактів і проводів між масами регулятора й генератора. Якщо контакт мінусового полюса генератора з масою автомобіля порушуватиметься, то під час руху автомобіля амперметр показуватиме або заряджання, або розряджання батареї. Якщо заряджання акумуляторної батареї контролюватимуть за допомогою сигнальної лампочки, то вона блиматиме.

Генератори змінного струму працюють значно довше й надійніше, ніж постійного. Проте в них іноді виникають несправності, які потрібно правильно ідентифікувати й своєчасно усувати. Під час руху автомобіля слід стежити за показниками амперметра чи за контрольною лампою.

Розглянемо характерні несправності генераторів та генераторних установок.

Амперметр не показує заряду на середній частоті обертання колінчастого вала двигуна, контрольна лампа горить із повним розжаренням. Ці ознаки свідчать про те, що генератор не заряджає акумуляторної батареї, і вона розряджається [39].

Однією з причин розряджання батареї може бути обривання кола між генератором та акумуляторною батареєю, що найчастіше трапляється в місцях з'єднання із затискачами і на перегинах проводів. В останньому випадку обривання проводу передусім затуляє ізоляція. Обривання в колі, коли його не виявлено під час зовнішнього огляду, знаходять за допомогою контрольної лампи, обов'язково вимикаючи генератор і реле-регулятор.

Одним кінцем проводу контрольної лампи доторкуються до маси автомобіля, а другим — послідовно до затискачів, прямуючи по колу в певному напрямі від батареї до генератора. Світіння контрольної лампи засвідчує, що коло на ділянці від точки доторкування до джерела струму справне. Якщо ж у наступній точці лампа не горить, то це означає, що провід на ділянці між цими точками доторкування обірваний. Пошкоджені проводи замінюють новими, або з'єднують їх скручуванням і паянням. Місце скручування ізолюють ізоляційною стрічкою й поліхлорвініловими трубками.

Спад напруги в проводах перевіряють вольтметром, вимірюючи напругу на початку і в кінці кола, що живить споживач. Різниця напруг і визначить спад напруги в даному колі. Припустимий спад напруги в колі — не більш як 0,5-0,8 В.

Обривання в колі збудження. Якщо проводи зарядного кола справні, а амперметр не показує заряду, то, запустивши двигун на середню частоту обертання колінчастого вала і ввімкнувши батарею та споживачі, потрібно на короткий час (не більш як на 1-2 с.) перемкнути відрізком проводу затискачі ВЗ і Ш реле-регулятора. Робити це потрібно обережно, аби не замкнути затискачі Ш на масу, що може призвести до відмови транзисторного регулятора напруги. Якщо під час перемикання проводом затискачів ВЗ та Ш амперметр не показує кидка зарядного струму і не виникає іскріння в точках торкання проводу до затискачів, то несправність потрібно шукати в проводі, який з'єднує затискачі Ш реле-регулятора й генератора, або в самому генераторі, який не збуджується.

Несправним генератор може стати через зависання щіток у каналах щіткотримачів або обривання в колі обмотки збудження генератора. Насамперед, потрібно перевірити щітки.

Аби щітки не зависали, потрібно очистити канали щіткотримача від пилу й бруду, потім установити в нього щітки й переконатися, що вони вільно переміщуються. Спрацьовані щітки необхідно замінити.

Щоб визначити обривання обмотки збудження, щітки потрібно вийняти з щіткотримачів і до контактних кілець через амперметр або лампу підвести напругу 12-24 В. Якщо стрілка амперметра залишається на нулі чи лампа не засвічується, то в колі збудження буде обривання.

«Скидання» навантаження генератором. Якщо струм навантаження дорівнює нулю, то на генераторі може бути певна напруга. Але під час вмикання навантаження напруга генератора різко спадає до значення, наближеного до нуля, і генератор не може живити увімкнуте навантаження. Це явище спричиняють здебільшого міжвиткові замикання в обмотці статора. У разі замикання витків в одній чи в кількох котушках статора струм починає протікати по короткозаземлених витках і не потрапляє у зовнішнє коло. Потужність генератора різко зменшується, а оскільки опір коротко-замкнених витків малий, то струм у них набуває більшої сили, і вони перегріваються, а ізоляція порушується або й зовсім згоряє.

При пробиванні чи обриванні в одному з вентилів випрямного блока генератор також «скидає» навантаження.

Коротке замикання кола збудження. В цьому разі амперметр не показує кидка зарядного струму, проте під час замикання проводів затискачів ВЗ та Ш виникає потужна дуга, а сам провід швидко нагрівається. Причиною цього є коротке замикання кола обмотки збудження на масу, внаслідок чого напруга генератора знижується майже до нуля.

У цьому разі потрібно усунути коротке замикання, завдяки чому заряд акумуляторної батареї має відновитися.

Якщо під час замикання затискачів ВЗ та Ш амперметр показує кидок зарядного струму, то генератор і провід, який з'єднує затискачі Ш генератора й реле-регулято-ра, будуть справними, а несправним може буде реле-регулятор.

Якщо під час роботи двигуна на середніх обертах стрілка амперметра коливається, а контрольна лампа блимає, то наявні періодичні порушення в колі зарядного струму, що може спричинити послаблення приводного паса. У момент проковзування паса частота обертання ротора генератора зменшується, і струм, що віддається у зовнішнє коло, спадає, а це призводить до коливання стрілки амперметра або блимання лампи. Пас необхідно підтягнути, а генератор закріпити.

Поганий контакт між щітками і контактними кільцями також призводить до коливань сили струму, що віддається. Контакт між щітками й кільцями порушується через забруднення контактних кілець, підвищене спрацювання щіток і зменшення тиску пружин на щітки. Крізь отвори в основі щіткотримача оглядають контактні кільця й очищають їх від забруднення ганчіркою, намоченою в бензині. Якщо довжина частини щітки, що залишилася, менша, ніж це передбачено технічними умовами, її замінюють. У разі зменшення тиску контакт між щіткою й кільцями може періодично порушуватись.

Коли стрілка амперметра тривалий час показує великий зарядний струм (понад 10 А), то це означає, що напруга генератора перевищує нормативну. Внаслідок перезаряджання електроліт акумуляторної батареї википає, і, якщо воно триватиме довго, батарея може стати непридатною. Щоб визначити несправність, потрібно перевірити реле-регулятор.

 

1.6. Технічне обслуговування генераторів

Технічне обслуговування генераторів без знімання їх з автомобіля прово-дять разом із технічним обслуговуванням усього автомобіля [14 - 18].

Під час щоденного обслуговування (ЩО), запустивши двигун, потрібно переконатися, що генераторна установка забезпечує заряджання акумуляторної батареї. Це можна зробити за допомогою контрольної лампи чи вольтметра.

У випадку підвищення частоти обертання колінчастого вала двигуна контрольна лампа повинна погаснути, а амперметр — показувати силу струму заряджання акумуляторної батареї.